KAJIAN AWAL PENURUNAN KADAR TIMBAL DAN KROM DENGAN MENGGUNAKAN BATUBARA DALAM REAKTOR PIPA.
MAKALAH SEMINAR NASIONAL TEKNIK KIMIA SOEBARDJO BROTOHARDJONO
ISSN 1978 - 0427
“ Ketahanan Pangan dan Energi “
Surabaya, 24 Juni 2010
KAJIAN AWAL PENURUNAN KADAR TIMBAL DAN KROM
DENGAN MENGGUNAKAN BATUBARA DALAM
REAKTOR PIPA
Sani, Dwi Hery Astuti
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri UPN ”Veteran” Jawa Timur
Jl.Raya Rungkut Madya, Gunung Anyar Surabaya Telp.(031) 8706369
Fak(031) 8706372
ABSTRAK
Adsorbsi merupakan suatu proses yang dapat digunakan untuk penanganan air limbah karena proses
nya tidak terlalu rumit, disamping itu juga bahan untuk mengadsorbsi mudah didapat serta biaya
operasionalnya murah. Banyak bahan yang dapat digunakan sebagai absorben salah satunya adalah batubara.
Batubara disamping sebagai bahan bakar juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan pengadsorbsi. Tujuan dari
penelitian ini adalah untuk mengetahui seberapa besar kemampuan barubara lignit dalam menurunkan kadar
logam berat Cr(krom) dan Pb(Timbal) pada reaktor pipa.
Proses adsorbsi dilakukan dengan mengalirkan limbah elektroplating pada bak penampung kedalam
sebuah reaktor pipa yang didalamnya berisi batubara sebagai absorben dengan aliran kontinyu. Dalam
penelitian ini akan mempelajari pengaruh batubara sebagai adsorben untuk menurunkan konsentrasi logam
berat krom dan timbal pada sebuah reaktor pipa (kolom) dalam berbagai laju alir dengan peubah sebagai
berikut : Tinggi Unggun (Cm): 25, 30, 35, 40, 45. Laju alir (ml/menit) : 35, 50, 65, 80, 95.
Hasil penelitian ini menunjukan bahwa penurunan konsentrasi logam krom terbaik yaitu sebesar
7,343 mg/L dengan % removal sebesar 64,406 % dan penurunan konsentrasi logam timbal terbaik yaitu
sebesar 0,216 mg/L dengan % removal sebesar 40,659 %, hasil ini dicapai pada laju alir 35 ml/menit dengan
tinggi unggun pada kolom sebesar 45 Cm.
Kata kunci: adsorbsi, Batubara.
PENDAHULUAN
Indonesia merupakan salah satu negara penghasil batubara yang cukup banyak. Batubara di
Indonesia kebanyakan merupakan batubara jenis lignite (Brown coal) atau yang biasa disebut dengan batubara
muda. Batubara muda memiliki nilai kalor yang rendah dan banyak mengandung belerang sehingga kurang
baik digunakan pada proses pembakaran. Penggunaan batubara muda hanya untuk sekedar dibakar merupakan
pemanfaatan sumber daya alam yang kurang maksimal.(Corinne and Christopher, 1996)
Penggunaan batubara sebagai adsorbsi dewasa ini banyak berkembang terutama dalam bidang
pengolahan air limbah industri untuk menurunkan konsentrasi logam – logam berat. Karena proses ini
pengolahannya tidak terlalu rumit, bahan untuk mengadsorbsi mudah didapatkan serta biaya operasionalnya
paling rendah, (Agus Hariadi, 2004)
Secara umum industri elektroplating meliputi beberapa tahapan proses, yaitu proses fisik, kimia
maupun elektrokimia. Proses fisik diantaranya adalah pemolesan dan blasting. Proses kimia antara lain
penghilangan lemak (degreasing) dan pencucian dengan asam (piclking), sedangkan proses elektrokimia
berupa proses pelapisan (plating). Ketiga proses ini menghasilkan limbah yang berbahaya dengan kandungan
logam beratnya, baik limbah cair maupun limbah padat.
Industri elektroplating yang ada di sekitar Jakarta, Bandung dan Surabaya umumnya menggunakan
bahan pelapisan yang mengandung logam utama Zn, Cu, Cr, Pb dan Ni. Limbah yang dihasilkan, banyak
mengandung logam – logam berat tersebut. Air limbah yang mengandung ion kromium dan ion timbal dengan
konsentrasi diatas nilai baku mutu yang ditetapkan (diijinkan) apabila dibuang secara langsung kebadan air
penerima (sungai), akan mengakibatkan pencemaran sungai dan juga mengakibatkan keracunan akut maupun
F4- 1
MAKALAH SEMINAR NASIONAL TEKNIK KIMIA SOEBARDJO BROTOHARDJONO
ISSN 1978 - 0427
“ Ketahanan Pangan dan Energi “
Surabaya, 24 Juni 2010
kronis baik secara langsung maupun tidak langsung terhadap organisme yang hidup di perairan tersebut dan
maupun manusia. Disamping itu, ion kromium dan ion timbal juga dapat menyebabkan kanker paru – paru
dan pada akhirnya akan mengakibatkan kematian baik pada organisme maupun pada manusia (Dyah
Suci,2004)
Melihat kenyataan yang ada pada saat ini, hanya sebagian kecil dari beberapa industri yang
melakukan pengolahan limbah cairnya secara sungguh – sungguh. Hal ini disebabkan beberapa hal
diantaranya biaya pendirian instalansi pengolahan air limbah dan biaya operasionalnya yang sangat mahal,
serta keterbatasan informasi tentang proses yang efisien serta keterbatasan informasi tentang proses yang
efisien dan efektif serta keterbatasan lahan yang tersedia.
Mengingat bahayanya logam – logam berat tersebut maka dilakukan adsorbsi terhadap limbah
dengan adsorben batubara.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar kemampuan batubara lignite dalam
menurunkan kadar logam berat Cr (Krom) dan Pb (Plumbum) dalam suatu reaktor pipa.
TINJAUAN PUSTAKA
BATUBARA
Batubara adalah mineral organik yang dapat terbakar, terbentuk dari sisa tumbuhan purba yang
mengendap yang selanjutnya berubah bentuk akibat proses fisika dan kimia yang berlangsung selama jutaan
tahun. Pembentukan batubara dimulai sejak periode pembentukan karbon (Carboniferous Period) dikenal
sebagai zaman batubara pertama yang berlangsung antara 290 juta sampai 360 juta tahun yang lalu. Oleh
karena itu, batubara termasuk dalam kategori bahan bakar fosil. Proses awal pembentukan, endapan tumbuhan
berubah menjadi gambut (peat), yang selanjutnya berubah menjadi batubara muda (lignite) atau disebut pula
batubara cokelat (brown coal).
Setelah mendapat pengaruh suhu dan tekanan yang terus – menerus selama jutaan tahun, maka
batubara muda akan mengalami perubahan yang secara bertahap menambah maturitas organiknya dan
mengubah batubara muda menjadi batubara sub – bituminus. Perubahan kimiawi dan fisika terus berlangsung
sehingga batubara menjadi lebih keras dan warnanya lebih hitam sehingga membentuk bituminous atau
antrasit. Reaksi pembentukan batubara dapat digambarkan sebagai berikut :
Batubara terbentuk dengan cara yang sangat kompleks dan memerlukan waktu yang lama (puluhan
sampai jutaan tahun) dibawah pengaruh fisika, kimia, ataupun keadaan geologi
Berdasarkan dari mutu atau tingkatannya batubara dikelompokkan menjadi kelas: a. Lignit
Lignit merupakan batubara peringkat rendah dimana kedudukan lignit dalam tingkat klasifikasi batubara
berada pada daerah transisi dari jenis gambut ke batubara. Lignit adalah batubara yang berwarna hitam dan
memiliki tekstur seperti kayu.
b. Sub – bitumine
Batubara jenis ini merupakan peralihan antara jenis lignit dan bitumine. Batubara jenis ini memiliki warna
hitam yang mempunyai kandungan air, zat terbang, dan oksigen yang tinggi serta memiliki kandungan
karbon yang rendah. Sifat – sifat tersebut menunjukkan bahwa batubara jenis sub – bitumine ini merupakan
batubara tingkat rendah.
c.
Bitumine
Batubara jenis ini merupakan batubara yang berwarna hitam dengan tekstur ikatan yang baik.
d.Antrasit
Antrasit merupakan batubara paling tinggi tingkatan yang mempunyai kandungan karbon lebih tinggi dari
93% dan kandungan zat terbang kurang dari 10%. Antrasit umumnya lenih keras, kuat dan sering kali
berwarna hitam mengkilat seperti kaca. [ Yunita, 2000].
F4- 2
MAKALAH SEMINAR NASIONAL TEKNIK KIMIA SOEBARDJO BROTOHARDJONO
ISSN 1978 - 0427
“ Ketahanan Pangan dan Energi “
Surabaya, 24 Juni 2010
Berikut ini ditunjukkan contoh analisis dari masing – masing unsur yang terdapat dalam setiap tahap
pembuatan.
Volatile
Calorific Value
C
H2
O2
N2
Moisture
matter
Btu/lb
Type of Coal
%
%
%
%
%
%
3.5 – 6.8
Peat
45 - 60
20 - 45
0.75 - 3
70 – 90
45 – 75
7500 – 9600
Lignites
60 - 75
4.5 – 5.5
17 - 35
0,75 – 2.1
30 – 50
45 – 60
12000 – 13000
Bituminous
75 - 92
4.0 – 5.6
3 - 20
0.75 – 2
1 – 20
11 – 50
12600 – 16000
92 - 95
Anthrcites
2.9 – 4.0
2- 3
0.50 – 2
16000 – 15400
1.5 – 3.5
3.5 – 10
Adsorbsi
Adsorbsi merupakan suatu proses atau fenomena penimbunan atau penghimpunan substan pada
permukaan dari dua fase yang teradsorbsi disebut adsorbat (solute) dan fase pengadsorbasi disebut absorben.
Peristiwa demikian biasanya dimaksudkan juga sebagai penyerapan molekul – molekul adsorbat ke
permukaan absorben (Treyball, 1981)
Ada 2 macam jenis adsorbsi, yaitu :
1. Adsorvasi fisika adsorbasi Van Der Walls.
Proses adsorbasi adalah proses adsorbasi yang merupakan hasil dari gaya tarik intermolekul antara
molekul padatan dan substansi yang diadsorbsi. Adsorbat tidak menembus kedalam kisi – kisi kristal
absorben serta tidak melarut didalamnya, tetapi sepenuhnya beada pada permukaan absorben. Pada
padatan yang sangat porous, mengandung banyak kapiler – kapiler substansi yang adsorbsi akan
masuk dalam celah – celah ini pada saat absorbat membasahi padatan tersebut. (Treyball, 1981)
1. Adsorbasi Kimia atau adsorbasi aktif
Adsorbsi kimmia merupakan hasil dari interaksi kimia antara padatan dan substansi yang terabsorpsi.
Proses adsorbsi kimia sering kali tidak bolak – balik dan pada subtasi sering kali ditemukan telah
mengalami perubahan kimia. (Treyball, 1981)
Pada prinsipnya proses adsorbsi terdiri dari tiga langkah penting:
1. Harus terjadi kontak antara fluida dengan absorben, pada keadaan demikian adsorbat akan diabsorpsi
2. Fluida yang tidak teradsorbsi harus dipisahkan dari absorbat-adsorben
3. Absorben harus dapat diregenerasi ( diaktifkan kembali ).
Kesetimbangan adsorbsi terjadi pada saat adsorbat yang terkandung dalam larutan telah bercampur
dengan absorben, molekul – molekul adsorbat berpindah dari larutannya ke permukaan adsorbent hingga
konsentrasi adsorbat dalam larutan adalah sebanding dengan konsentrasi adsorbat pada permukaan solid
adsorbent. (Donald. W and Herbent. E. K, 1979)
Fixed Bed
Pada praktiknya unsteady state fixed bed paling sering digunakan untuk treatment air limbah dalam
jumlah yang benar. Feed likuid yang masuk secara kontinou melalui atas atau bawah dari sebuah dari
absorben solid yang stationer. Solid mengadsorbsi sejumlah solute yang terus meningkat terhadap waktu. Jika
kapasitas adsorbsi solid (adsorban) terdekati maka solid dapat diregenasi kembali. (Donald. W and Herbert.
E. K, 1979)
Pada penelitian ini sistem peralatan untuk adsorbsi menggunakan sistem cair padatan dengan aliran
kontinyu pada kolom fixed bed. Dimana limbah cair dimasukkan dalam kolom fixed bed dengan menjalankan
variabel yang ditentukan, lalu mengalami kontak dengan fase padatnya sehingga terjadi perpindahan massa
dari komponen yang mempunyai konsentrasi besar ke komponen yang berkonsentrasi rendah.
Mekanisme Adsorbsi
Prinsip dasar mekanisme adsorbsi yaitu campuran yang akan dipisahkan dibawah sampai berkontak
dengan fase tak larut lainya, absorben padat dan distribusi tidak merata dari konstituen asal, antara fase
adsorbsi pada permukaan padatan dan lapisan fluida akan terjadi pemisahan. Proses pemisahan akan terjadi
akibat perbedaan molekul atau perbedaan berat molekul atau perbedaan sifat polaritas bahan yang
menyebabkan molekul melekat lebih kuat pada yang lainnya. Pada berbagai keadaan satu macam adsorbat
secara menyeluruh dari likuid menuju absorben, sedang proses adsorbsi yang terjadi pada komponen lain
sangat kecil. Proses regenerasi dari adsorben dapat pula dilakukan untuk mendapatkan konsentrasi adsorbat
yang tinggi dan liquid yang hampir murni. (Treyball, l98l )
F4- 3
MAKALAH SEMINAR NASIONAL TEKNIK KIMIA SOEBARDJO BROTOHARDJONO
ISSN 1978 - 0427
“ Ketahanan Pangan dan Energi “
Surabaya, 24 Juni 2010
Gambar 2.1 Mekanisme Adsorbsi
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses adsobsi dalam penelitian ini adalah :
1. Sifat-sifat fisika dan kimia dari adsorben.
Selain komposisi dan polaritas, struktur pori merupakan factor yang penting untuk diperhatikan.
Struktur pori berhubungan dengan luas permukaan, semakin kecil pori-pori adsorben,
mengakibatkan luas permukaan semakin besar. Dengan demikian kecepatan adsorbsi bertambah.
Untuk meningkatkan kecepatan adsorbsi dianjurkan agar menggunakan adsorben yang telah
dihaluskan.
2. Konsentrasi dari zat yang diserap dalam larutan
Semakin tinggi konsenstrasi dari zat yang diserap dalam larutan maka semakin banyak jumlah
absorben yang akan digunakan.
3. Waktu tinggal dalam system
Bila absorben ditambahkan dalam suatu cairan dibutuhkan waktu untuk mencapai kesetimbangan.
Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan jumlah absorben yang digunakan. Untuk larutan
yang mempunyai viskositas tinggi diperlukan waktu tinggal yang lebih lama.
Hipotesa
Penurunan kadar logam pada limbah elektroplating khususnya pada logam plumbum dan chromium
dengan menggunakan batubara dalam reactor pipa dipengaruhi oleh laju alir dan tinggi unggun
batubara.
METODE PENELITIAN
Bahan yang Dipergunakan
Bahan yang digunakan dalam penelitian adalah limbah dari pabrik elektroplating yang didalamnya
mengandung logam berat crom (Cr) dan timbal (Pb). Penyusun menggunakan adsorben batubara dalam
penelitian yang sebelumnya telah dioven untuk mengilangkan kadar air dengan ukuran lolos ayak 6 mesh dan
tertahan l0 mesh.
Gambar Rangkaian alat
Sistem peralatan yang dipakai untuk adsorbsi dengan sistem cair padatan terlihat seperti gambar dibawah.
Partikel adsorben ditempatkan didalam fixed bed dengan tinggi variable tertentu. Umpan cairan dimasukan
dari bagian fixed bed lalu mengalami kontak dengan fase padatnya sehingga terjadi perpindahan massa dari
komponen yang mempunyai konsentrasi besar ke komponen yang berkonsentrasi kecil.
F4- 4
MAKALAH SEMINAR NASIONAL TEKNIK KIMIA SOEBARDJO BROTOHARDJONO
ISSN 1978 - 0427
“ Ketahanan Pangan dan Energi “
Surabaya, 24 Juni 2010
Keterangan:
1. Bak Penampung limbah
2. Bak Pengontrol aliran
3. Bak Penampung air hasil Proses
4. Valve
5. Orificemeter
6. Kolom unggun batubara
Peubah:
Kondisi yang ditetapkan : Ukuran batubara : Lolos ayakan 6 mesh dan tertahan 10 mesh, suhu ruangan 30
o
C, tekanan udara 1 atm, Jenis adsorbent adalah batubara , Inside diameter kolom
4,5 cm outside
diameter kolom 5 cm dan ketinggihan kolom 48 cm.
Kondisi yang dijalankan: tinggi bed absorben : 25 cm, 30 cm, 35 cm, 40 cm, 45 cm, debit umpan masuk
:35, 50, 65, 80, 95 (ml/menit),
Prosedur Penelitian:
Kolom isian diam diisi dengan batubara yang telah ditreatment dengan ketinggian sesuai dengan peubah.
Limbah dimasukan kedalam bak penampung limbah, kemudian limbah dialirkan dengan debit aliran sesuai
dengan kondisi peubah yang dijalankan. kedalam kolom isian diam yang telah terisi batubara. Setelah proses
kontinyu dicapai, setiap 100 ml sampel diambil untuk dianalisa kandungan logam nya dengan menggunakan
AAS. prosedur diatas diulang untuk peubah yang lain.
F4- 5
MAKALAH SEMINAR NASIONAL TEKNIK KIMIA SOEBARDJO BROTOHARDJONO
ISSN 1978 - 0427
“ Ketahanan Pangan dan Energi “
Surabaya, 24 Juni 2010
TahapPersiapkan
TahapPenelitian:
F4- 6
MAKALAH SEMINAR NASIONAL TEKNIK KIMIA SOEBARDJO BROTOHARDJONO
ISSN 1978 - 0427
“ Ketahanan Pangan dan Energi “
Surabaya, 24 Juni 2010
Hasil Pengujian batubara
JENIS PENGUJIAN
Inherent Moisture
Ash Content
Volatile Matter
Fixed Carbon
Gross Caloritic value
Total Moisture Content
Total Sulfur
SATUAN
%
%
%
%
Kcal/Kg
%
%
Hasil pengujian Limbah Elektroplanting
Warna Limbah:Kuning jernih, pH
=4
BAHAN
SATUAN
TIMBAL
mg/L
CHROM TOTAL
mg/L
BATUBARA
8.8
2.66
45.58
42.96
57.17
12.43
0.1
KONSENTRANSI
0.327
20.071
Hasil dan Pembahasan
Penurunan konsentrasi logam krom terhadap unggun diam pada beberapa laju alir yang berbeda.
Gambar 1. Hubungan antara penurunan konsentrasi logam krom (% Removal) dan Tinggi unggun
diam (Cm) pada laju alir yang berbeda – beda
Gambar 1. terlihat bahwa semakin kecil laju alir maka semakin banyak logam krom yang
teradsorbsi oleh batubara, demikian pula dengan tinggi unggun yang digunakan, semakin tinggi adsorben
dalam kolom maka semakin banyak logam krom yang teradsorbsi. Hal ini terlihat pada laju alir 35 ml/menit
dengan tinggi unggun sebesar 45 cm didapatkan penurunan konsentrasi logam krom terbaik sebesar 7,343
mg/L dengan % Removal sebesar 64,406 %. Kondisi ini disebabkan karena pada laju alir yang semakin kecil
dan dengan semakin tinggi unggun pada kolom maka waktu kontak antara logam-logam yang terdapat pada
limbah dengan batubara sebagai adsorbent semakin lama, sehingga logam- logam yang teradsorb semakin
banyak. Jika ditinjau secara kualitas limbah electroplating yang sebelumnya berwama kuning jemih setelah
mengalami proses adsorbsi limbah tersebut berwarna jernih. Hasil terbaik yang didapatkan pada penelitian ini
masih belum memenuhi Standart Baku Mutu Air Buangan yang telah ditetapkan yaitu sebesar 0,5 mg/L.
F4- 7
MAKALAH SEMINAR NASIONAL TEKNIK KIMIA SOEBARDJO BROTOHARDJONO
ISSN 1978 - 0427
“ Ketahanan Pangan dan Energi “
Surabaya, 24 Juni 2010
Penurunan konsentrasi logam timbal terhadap unggun diam pada beberapa laju alir yang berbeda.
Gambar 2. Hubungan antara penurunan konsentrasi logam timbal (% Removal) dan Tinggi unggun
diam (Cm) pada laju alir yang berbeda – beda
Gambar 2. menggambarkan peningkatan daya serap batubara terhadap logam timbal. Hal ini terlihat
bahwa semakin tinggi unggun diam dalam kolom pada berbagai macam laju alir maka penurunan konsentrasi
limbah semakin meningkat, kondisi ini disebabkan karena pada laju alir yang semakin kecil dan dengan
semakin tinggi unggun pada kolom maka waktu kontak antara logam-logam yang terdapat pada limbah
dengan batubara sebagai adsorbent semakin lama sehingga adsorbent mampu mengikat ion timbal dengan
baik. Hal ini diperlihatkan dari meningkatnya % removal . Hasil terbaik yang didapat dari penelitian ini
adalah sebesar 0,216 mg/L dengan % Removal 40,6590% pada tinggi unggun 45 Cm dengan laju alit 35
ml/menit. Hasil pengamatan dalam penelitian masih belum memenuhi standart baku mutu air buangan yaitu
sebesar 0,1 mg/L.
Kesimpulan
1. Penurunan konsentrasi terbaik untuk logam krom (cr) dan Timbal (pb) yaitu sebesar 64,406% dan
40,659% dicapai pada tinggi unggun 45 Cm dengan laju alir 35 ml/menit.
2. semakin tinggi unggun yang digunakan maka logam krom (cr) dan Timbal (Pb) yang teradsobsi oleh
batubara lignit akan semakin besar. Demikian sebaliknya semakin besar laju alir limbah maka semakin
kecil logam krom (cr) dan timbale (Pb) yang terserap.
3. Penggunaan batubara lignit sebagai adsorben yang beru mengalami proses aktifasi ternyata belum mampu
menurunkan konsentrasi logam krom (Cr) dan Timbal (Pb) pada limbah electroplating sampai batas baku
mutu yang telah ditetapkan sebesar 0,5 mg/L dan 0,1 mg/L.
DAFTAR PUSTAKA
Cheremisinoff., Morresi, 1978, "Carbon Adsorption Handbook",Ann Arbor Science Publisher, Inc.,
Michigan.
Corinne, C.D., and Christopher J.L, 1996, "Lignit: A Novel Material For Low-Cost Removal And Disposal
Of Heavy Metals And Radionuclides From Waste Water", Energei4 Vol. 7, No.2.
Diah suci, 2004 "Jumal Penelitian.: Adsorbsi lon Logan Dari Limbah Electroplating dengan Menggunakan
Abu Bagase".
Donalt.,W., Sondstrom And Herbert E. Klei, l979,"Waste Water Treatment".2 nd ed., p.356 -360,
PrenticeHall Inc, Englewood CliffNJ.
F4- 8
MAKALAH SEMINAR NASIONAL TEKNIK KIMIA SOEBARDJO BROTOHARDJONO
ISSN 1978 - 0427
“ Ketahanan Pangan dan Energi “
Surabaya, 24 Juni 2010
Hariadi, Agus., 2004 "Adasorbsi Ion Logam Dari Limbah Elekhoplating Dengan Menggunakan Abu Bagase",
UPN "Veteran" Jawa Timur.
Kirk, R. E., Othmer, D.F., lg52, "Encyclopedia Of Chemical Tecnology" 5s ed.,The lnternational Science
Encyclopedia Inc., New York., Vol 5.
Sukandamrmidi, 1998, "Batubara dan Gambut"' Hal 17-82, Gadjah Mada University Press, Yogiakarta.
Treyball, l980,"Mass Tranfer Operation" 3ed" McGrawHill, New York.
Yunita Purnamasari, 2000,"Pembuatan Briket dari Batubara Kualitas Rendah Dengan Proses Non Karbonisasi
Dengan Menambahkan MgN dan MgCl2" UPN"Veteran" Jawa Timur.
www.beritaiptekekonline.com/mengenalbatubara
F4- 9
ISSN 1978 - 0427
“ Ketahanan Pangan dan Energi “
Surabaya, 24 Juni 2010
KAJIAN AWAL PENURUNAN KADAR TIMBAL DAN KROM
DENGAN MENGGUNAKAN BATUBARA DALAM
REAKTOR PIPA
Sani, Dwi Hery Astuti
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri UPN ”Veteran” Jawa Timur
Jl.Raya Rungkut Madya, Gunung Anyar Surabaya Telp.(031) 8706369
Fak(031) 8706372
ABSTRAK
Adsorbsi merupakan suatu proses yang dapat digunakan untuk penanganan air limbah karena proses
nya tidak terlalu rumit, disamping itu juga bahan untuk mengadsorbsi mudah didapat serta biaya
operasionalnya murah. Banyak bahan yang dapat digunakan sebagai absorben salah satunya adalah batubara.
Batubara disamping sebagai bahan bakar juga dapat dimanfaatkan sebagai bahan pengadsorbsi. Tujuan dari
penelitian ini adalah untuk mengetahui seberapa besar kemampuan barubara lignit dalam menurunkan kadar
logam berat Cr(krom) dan Pb(Timbal) pada reaktor pipa.
Proses adsorbsi dilakukan dengan mengalirkan limbah elektroplating pada bak penampung kedalam
sebuah reaktor pipa yang didalamnya berisi batubara sebagai absorben dengan aliran kontinyu. Dalam
penelitian ini akan mempelajari pengaruh batubara sebagai adsorben untuk menurunkan konsentrasi logam
berat krom dan timbal pada sebuah reaktor pipa (kolom) dalam berbagai laju alir dengan peubah sebagai
berikut : Tinggi Unggun (Cm): 25, 30, 35, 40, 45. Laju alir (ml/menit) : 35, 50, 65, 80, 95.
Hasil penelitian ini menunjukan bahwa penurunan konsentrasi logam krom terbaik yaitu sebesar
7,343 mg/L dengan % removal sebesar 64,406 % dan penurunan konsentrasi logam timbal terbaik yaitu
sebesar 0,216 mg/L dengan % removal sebesar 40,659 %, hasil ini dicapai pada laju alir 35 ml/menit dengan
tinggi unggun pada kolom sebesar 45 Cm.
Kata kunci: adsorbsi, Batubara.
PENDAHULUAN
Indonesia merupakan salah satu negara penghasil batubara yang cukup banyak. Batubara di
Indonesia kebanyakan merupakan batubara jenis lignite (Brown coal) atau yang biasa disebut dengan batubara
muda. Batubara muda memiliki nilai kalor yang rendah dan banyak mengandung belerang sehingga kurang
baik digunakan pada proses pembakaran. Penggunaan batubara muda hanya untuk sekedar dibakar merupakan
pemanfaatan sumber daya alam yang kurang maksimal.(Corinne and Christopher, 1996)
Penggunaan batubara sebagai adsorbsi dewasa ini banyak berkembang terutama dalam bidang
pengolahan air limbah industri untuk menurunkan konsentrasi logam – logam berat. Karena proses ini
pengolahannya tidak terlalu rumit, bahan untuk mengadsorbsi mudah didapatkan serta biaya operasionalnya
paling rendah, (Agus Hariadi, 2004)
Secara umum industri elektroplating meliputi beberapa tahapan proses, yaitu proses fisik, kimia
maupun elektrokimia. Proses fisik diantaranya adalah pemolesan dan blasting. Proses kimia antara lain
penghilangan lemak (degreasing) dan pencucian dengan asam (piclking), sedangkan proses elektrokimia
berupa proses pelapisan (plating). Ketiga proses ini menghasilkan limbah yang berbahaya dengan kandungan
logam beratnya, baik limbah cair maupun limbah padat.
Industri elektroplating yang ada di sekitar Jakarta, Bandung dan Surabaya umumnya menggunakan
bahan pelapisan yang mengandung logam utama Zn, Cu, Cr, Pb dan Ni. Limbah yang dihasilkan, banyak
mengandung logam – logam berat tersebut. Air limbah yang mengandung ion kromium dan ion timbal dengan
konsentrasi diatas nilai baku mutu yang ditetapkan (diijinkan) apabila dibuang secara langsung kebadan air
penerima (sungai), akan mengakibatkan pencemaran sungai dan juga mengakibatkan keracunan akut maupun
F4- 1
MAKALAH SEMINAR NASIONAL TEKNIK KIMIA SOEBARDJO BROTOHARDJONO
ISSN 1978 - 0427
“ Ketahanan Pangan dan Energi “
Surabaya, 24 Juni 2010
kronis baik secara langsung maupun tidak langsung terhadap organisme yang hidup di perairan tersebut dan
maupun manusia. Disamping itu, ion kromium dan ion timbal juga dapat menyebabkan kanker paru – paru
dan pada akhirnya akan mengakibatkan kematian baik pada organisme maupun pada manusia (Dyah
Suci,2004)
Melihat kenyataan yang ada pada saat ini, hanya sebagian kecil dari beberapa industri yang
melakukan pengolahan limbah cairnya secara sungguh – sungguh. Hal ini disebabkan beberapa hal
diantaranya biaya pendirian instalansi pengolahan air limbah dan biaya operasionalnya yang sangat mahal,
serta keterbatasan informasi tentang proses yang efisien serta keterbatasan informasi tentang proses yang
efisien dan efektif serta keterbatasan lahan yang tersedia.
Mengingat bahayanya logam – logam berat tersebut maka dilakukan adsorbsi terhadap limbah
dengan adsorben batubara.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar kemampuan batubara lignite dalam
menurunkan kadar logam berat Cr (Krom) dan Pb (Plumbum) dalam suatu reaktor pipa.
TINJAUAN PUSTAKA
BATUBARA
Batubara adalah mineral organik yang dapat terbakar, terbentuk dari sisa tumbuhan purba yang
mengendap yang selanjutnya berubah bentuk akibat proses fisika dan kimia yang berlangsung selama jutaan
tahun. Pembentukan batubara dimulai sejak periode pembentukan karbon (Carboniferous Period) dikenal
sebagai zaman batubara pertama yang berlangsung antara 290 juta sampai 360 juta tahun yang lalu. Oleh
karena itu, batubara termasuk dalam kategori bahan bakar fosil. Proses awal pembentukan, endapan tumbuhan
berubah menjadi gambut (peat), yang selanjutnya berubah menjadi batubara muda (lignite) atau disebut pula
batubara cokelat (brown coal).
Setelah mendapat pengaruh suhu dan tekanan yang terus – menerus selama jutaan tahun, maka
batubara muda akan mengalami perubahan yang secara bertahap menambah maturitas organiknya dan
mengubah batubara muda menjadi batubara sub – bituminus. Perubahan kimiawi dan fisika terus berlangsung
sehingga batubara menjadi lebih keras dan warnanya lebih hitam sehingga membentuk bituminous atau
antrasit. Reaksi pembentukan batubara dapat digambarkan sebagai berikut :
Batubara terbentuk dengan cara yang sangat kompleks dan memerlukan waktu yang lama (puluhan
sampai jutaan tahun) dibawah pengaruh fisika, kimia, ataupun keadaan geologi
Berdasarkan dari mutu atau tingkatannya batubara dikelompokkan menjadi kelas: a. Lignit
Lignit merupakan batubara peringkat rendah dimana kedudukan lignit dalam tingkat klasifikasi batubara
berada pada daerah transisi dari jenis gambut ke batubara. Lignit adalah batubara yang berwarna hitam dan
memiliki tekstur seperti kayu.
b. Sub – bitumine
Batubara jenis ini merupakan peralihan antara jenis lignit dan bitumine. Batubara jenis ini memiliki warna
hitam yang mempunyai kandungan air, zat terbang, dan oksigen yang tinggi serta memiliki kandungan
karbon yang rendah. Sifat – sifat tersebut menunjukkan bahwa batubara jenis sub – bitumine ini merupakan
batubara tingkat rendah.
c.
Bitumine
Batubara jenis ini merupakan batubara yang berwarna hitam dengan tekstur ikatan yang baik.
d.Antrasit
Antrasit merupakan batubara paling tinggi tingkatan yang mempunyai kandungan karbon lebih tinggi dari
93% dan kandungan zat terbang kurang dari 10%. Antrasit umumnya lenih keras, kuat dan sering kali
berwarna hitam mengkilat seperti kaca. [ Yunita, 2000].
F4- 2
MAKALAH SEMINAR NASIONAL TEKNIK KIMIA SOEBARDJO BROTOHARDJONO
ISSN 1978 - 0427
“ Ketahanan Pangan dan Energi “
Surabaya, 24 Juni 2010
Berikut ini ditunjukkan contoh analisis dari masing – masing unsur yang terdapat dalam setiap tahap
pembuatan.
Volatile
Calorific Value
C
H2
O2
N2
Moisture
matter
Btu/lb
Type of Coal
%
%
%
%
%
%
3.5 – 6.8
Peat
45 - 60
20 - 45
0.75 - 3
70 – 90
45 – 75
7500 – 9600
Lignites
60 - 75
4.5 – 5.5
17 - 35
0,75 – 2.1
30 – 50
45 – 60
12000 – 13000
Bituminous
75 - 92
4.0 – 5.6
3 - 20
0.75 – 2
1 – 20
11 – 50
12600 – 16000
92 - 95
Anthrcites
2.9 – 4.0
2- 3
0.50 – 2
16000 – 15400
1.5 – 3.5
3.5 – 10
Adsorbsi
Adsorbsi merupakan suatu proses atau fenomena penimbunan atau penghimpunan substan pada
permukaan dari dua fase yang teradsorbsi disebut adsorbat (solute) dan fase pengadsorbasi disebut absorben.
Peristiwa demikian biasanya dimaksudkan juga sebagai penyerapan molekul – molekul adsorbat ke
permukaan absorben (Treyball, 1981)
Ada 2 macam jenis adsorbsi, yaitu :
1. Adsorvasi fisika adsorbasi Van Der Walls.
Proses adsorbasi adalah proses adsorbasi yang merupakan hasil dari gaya tarik intermolekul antara
molekul padatan dan substansi yang diadsorbsi. Adsorbat tidak menembus kedalam kisi – kisi kristal
absorben serta tidak melarut didalamnya, tetapi sepenuhnya beada pada permukaan absorben. Pada
padatan yang sangat porous, mengandung banyak kapiler – kapiler substansi yang adsorbsi akan
masuk dalam celah – celah ini pada saat absorbat membasahi padatan tersebut. (Treyball, 1981)
1. Adsorbasi Kimia atau adsorbasi aktif
Adsorbsi kimmia merupakan hasil dari interaksi kimia antara padatan dan substansi yang terabsorpsi.
Proses adsorbsi kimia sering kali tidak bolak – balik dan pada subtasi sering kali ditemukan telah
mengalami perubahan kimia. (Treyball, 1981)
Pada prinsipnya proses adsorbsi terdiri dari tiga langkah penting:
1. Harus terjadi kontak antara fluida dengan absorben, pada keadaan demikian adsorbat akan diabsorpsi
2. Fluida yang tidak teradsorbsi harus dipisahkan dari absorbat-adsorben
3. Absorben harus dapat diregenerasi ( diaktifkan kembali ).
Kesetimbangan adsorbsi terjadi pada saat adsorbat yang terkandung dalam larutan telah bercampur
dengan absorben, molekul – molekul adsorbat berpindah dari larutannya ke permukaan adsorbent hingga
konsentrasi adsorbat dalam larutan adalah sebanding dengan konsentrasi adsorbat pada permukaan solid
adsorbent. (Donald. W and Herbent. E. K, 1979)
Fixed Bed
Pada praktiknya unsteady state fixed bed paling sering digunakan untuk treatment air limbah dalam
jumlah yang benar. Feed likuid yang masuk secara kontinou melalui atas atau bawah dari sebuah dari
absorben solid yang stationer. Solid mengadsorbsi sejumlah solute yang terus meningkat terhadap waktu. Jika
kapasitas adsorbsi solid (adsorban) terdekati maka solid dapat diregenasi kembali. (Donald. W and Herbert.
E. K, 1979)
Pada penelitian ini sistem peralatan untuk adsorbsi menggunakan sistem cair padatan dengan aliran
kontinyu pada kolom fixed bed. Dimana limbah cair dimasukkan dalam kolom fixed bed dengan menjalankan
variabel yang ditentukan, lalu mengalami kontak dengan fase padatnya sehingga terjadi perpindahan massa
dari komponen yang mempunyai konsentrasi besar ke komponen yang berkonsentrasi rendah.
Mekanisme Adsorbsi
Prinsip dasar mekanisme adsorbsi yaitu campuran yang akan dipisahkan dibawah sampai berkontak
dengan fase tak larut lainya, absorben padat dan distribusi tidak merata dari konstituen asal, antara fase
adsorbsi pada permukaan padatan dan lapisan fluida akan terjadi pemisahan. Proses pemisahan akan terjadi
akibat perbedaan molekul atau perbedaan berat molekul atau perbedaan sifat polaritas bahan yang
menyebabkan molekul melekat lebih kuat pada yang lainnya. Pada berbagai keadaan satu macam adsorbat
secara menyeluruh dari likuid menuju absorben, sedang proses adsorbsi yang terjadi pada komponen lain
sangat kecil. Proses regenerasi dari adsorben dapat pula dilakukan untuk mendapatkan konsentrasi adsorbat
yang tinggi dan liquid yang hampir murni. (Treyball, l98l )
F4- 3
MAKALAH SEMINAR NASIONAL TEKNIK KIMIA SOEBARDJO BROTOHARDJONO
ISSN 1978 - 0427
“ Ketahanan Pangan dan Energi “
Surabaya, 24 Juni 2010
Gambar 2.1 Mekanisme Adsorbsi
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses adsobsi dalam penelitian ini adalah :
1. Sifat-sifat fisika dan kimia dari adsorben.
Selain komposisi dan polaritas, struktur pori merupakan factor yang penting untuk diperhatikan.
Struktur pori berhubungan dengan luas permukaan, semakin kecil pori-pori adsorben,
mengakibatkan luas permukaan semakin besar. Dengan demikian kecepatan adsorbsi bertambah.
Untuk meningkatkan kecepatan adsorbsi dianjurkan agar menggunakan adsorben yang telah
dihaluskan.
2. Konsentrasi dari zat yang diserap dalam larutan
Semakin tinggi konsenstrasi dari zat yang diserap dalam larutan maka semakin banyak jumlah
absorben yang akan digunakan.
3. Waktu tinggal dalam system
Bila absorben ditambahkan dalam suatu cairan dibutuhkan waktu untuk mencapai kesetimbangan.
Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan jumlah absorben yang digunakan. Untuk larutan
yang mempunyai viskositas tinggi diperlukan waktu tinggal yang lebih lama.
Hipotesa
Penurunan kadar logam pada limbah elektroplating khususnya pada logam plumbum dan chromium
dengan menggunakan batubara dalam reactor pipa dipengaruhi oleh laju alir dan tinggi unggun
batubara.
METODE PENELITIAN
Bahan yang Dipergunakan
Bahan yang digunakan dalam penelitian adalah limbah dari pabrik elektroplating yang didalamnya
mengandung logam berat crom (Cr) dan timbal (Pb). Penyusun menggunakan adsorben batubara dalam
penelitian yang sebelumnya telah dioven untuk mengilangkan kadar air dengan ukuran lolos ayak 6 mesh dan
tertahan l0 mesh.
Gambar Rangkaian alat
Sistem peralatan yang dipakai untuk adsorbsi dengan sistem cair padatan terlihat seperti gambar dibawah.
Partikel adsorben ditempatkan didalam fixed bed dengan tinggi variable tertentu. Umpan cairan dimasukan
dari bagian fixed bed lalu mengalami kontak dengan fase padatnya sehingga terjadi perpindahan massa dari
komponen yang mempunyai konsentrasi besar ke komponen yang berkonsentrasi kecil.
F4- 4
MAKALAH SEMINAR NASIONAL TEKNIK KIMIA SOEBARDJO BROTOHARDJONO
ISSN 1978 - 0427
“ Ketahanan Pangan dan Energi “
Surabaya, 24 Juni 2010
Keterangan:
1. Bak Penampung limbah
2. Bak Pengontrol aliran
3. Bak Penampung air hasil Proses
4. Valve
5. Orificemeter
6. Kolom unggun batubara
Peubah:
Kondisi yang ditetapkan : Ukuran batubara : Lolos ayakan 6 mesh dan tertahan 10 mesh, suhu ruangan 30
o
C, tekanan udara 1 atm, Jenis adsorbent adalah batubara , Inside diameter kolom
4,5 cm outside
diameter kolom 5 cm dan ketinggihan kolom 48 cm.
Kondisi yang dijalankan: tinggi bed absorben : 25 cm, 30 cm, 35 cm, 40 cm, 45 cm, debit umpan masuk
:35, 50, 65, 80, 95 (ml/menit),
Prosedur Penelitian:
Kolom isian diam diisi dengan batubara yang telah ditreatment dengan ketinggian sesuai dengan peubah.
Limbah dimasukan kedalam bak penampung limbah, kemudian limbah dialirkan dengan debit aliran sesuai
dengan kondisi peubah yang dijalankan. kedalam kolom isian diam yang telah terisi batubara. Setelah proses
kontinyu dicapai, setiap 100 ml sampel diambil untuk dianalisa kandungan logam nya dengan menggunakan
AAS. prosedur diatas diulang untuk peubah yang lain.
F4- 5
MAKALAH SEMINAR NASIONAL TEKNIK KIMIA SOEBARDJO BROTOHARDJONO
ISSN 1978 - 0427
“ Ketahanan Pangan dan Energi “
Surabaya, 24 Juni 2010
TahapPersiapkan
TahapPenelitian:
F4- 6
MAKALAH SEMINAR NASIONAL TEKNIK KIMIA SOEBARDJO BROTOHARDJONO
ISSN 1978 - 0427
“ Ketahanan Pangan dan Energi “
Surabaya, 24 Juni 2010
Hasil Pengujian batubara
JENIS PENGUJIAN
Inherent Moisture
Ash Content
Volatile Matter
Fixed Carbon
Gross Caloritic value
Total Moisture Content
Total Sulfur
SATUAN
%
%
%
%
Kcal/Kg
%
%
Hasil pengujian Limbah Elektroplanting
Warna Limbah:Kuning jernih, pH
=4
BAHAN
SATUAN
TIMBAL
mg/L
CHROM TOTAL
mg/L
BATUBARA
8.8
2.66
45.58
42.96
57.17
12.43
0.1
KONSENTRANSI
0.327
20.071
Hasil dan Pembahasan
Penurunan konsentrasi logam krom terhadap unggun diam pada beberapa laju alir yang berbeda.
Gambar 1. Hubungan antara penurunan konsentrasi logam krom (% Removal) dan Tinggi unggun
diam (Cm) pada laju alir yang berbeda – beda
Gambar 1. terlihat bahwa semakin kecil laju alir maka semakin banyak logam krom yang
teradsorbsi oleh batubara, demikian pula dengan tinggi unggun yang digunakan, semakin tinggi adsorben
dalam kolom maka semakin banyak logam krom yang teradsorbsi. Hal ini terlihat pada laju alir 35 ml/menit
dengan tinggi unggun sebesar 45 cm didapatkan penurunan konsentrasi logam krom terbaik sebesar 7,343
mg/L dengan % Removal sebesar 64,406 %. Kondisi ini disebabkan karena pada laju alir yang semakin kecil
dan dengan semakin tinggi unggun pada kolom maka waktu kontak antara logam-logam yang terdapat pada
limbah dengan batubara sebagai adsorbent semakin lama, sehingga logam- logam yang teradsorb semakin
banyak. Jika ditinjau secara kualitas limbah electroplating yang sebelumnya berwama kuning jemih setelah
mengalami proses adsorbsi limbah tersebut berwarna jernih. Hasil terbaik yang didapatkan pada penelitian ini
masih belum memenuhi Standart Baku Mutu Air Buangan yang telah ditetapkan yaitu sebesar 0,5 mg/L.
F4- 7
MAKALAH SEMINAR NASIONAL TEKNIK KIMIA SOEBARDJO BROTOHARDJONO
ISSN 1978 - 0427
“ Ketahanan Pangan dan Energi “
Surabaya, 24 Juni 2010
Penurunan konsentrasi logam timbal terhadap unggun diam pada beberapa laju alir yang berbeda.
Gambar 2. Hubungan antara penurunan konsentrasi logam timbal (% Removal) dan Tinggi unggun
diam (Cm) pada laju alir yang berbeda – beda
Gambar 2. menggambarkan peningkatan daya serap batubara terhadap logam timbal. Hal ini terlihat
bahwa semakin tinggi unggun diam dalam kolom pada berbagai macam laju alir maka penurunan konsentrasi
limbah semakin meningkat, kondisi ini disebabkan karena pada laju alir yang semakin kecil dan dengan
semakin tinggi unggun pada kolom maka waktu kontak antara logam-logam yang terdapat pada limbah
dengan batubara sebagai adsorbent semakin lama sehingga adsorbent mampu mengikat ion timbal dengan
baik. Hal ini diperlihatkan dari meningkatnya % removal . Hasil terbaik yang didapat dari penelitian ini
adalah sebesar 0,216 mg/L dengan % Removal 40,6590% pada tinggi unggun 45 Cm dengan laju alit 35
ml/menit. Hasil pengamatan dalam penelitian masih belum memenuhi standart baku mutu air buangan yaitu
sebesar 0,1 mg/L.
Kesimpulan
1. Penurunan konsentrasi terbaik untuk logam krom (cr) dan Timbal (pb) yaitu sebesar 64,406% dan
40,659% dicapai pada tinggi unggun 45 Cm dengan laju alir 35 ml/menit.
2. semakin tinggi unggun yang digunakan maka logam krom (cr) dan Timbal (Pb) yang teradsobsi oleh
batubara lignit akan semakin besar. Demikian sebaliknya semakin besar laju alir limbah maka semakin
kecil logam krom (cr) dan timbale (Pb) yang terserap.
3. Penggunaan batubara lignit sebagai adsorben yang beru mengalami proses aktifasi ternyata belum mampu
menurunkan konsentrasi logam krom (Cr) dan Timbal (Pb) pada limbah electroplating sampai batas baku
mutu yang telah ditetapkan sebesar 0,5 mg/L dan 0,1 mg/L.
DAFTAR PUSTAKA
Cheremisinoff., Morresi, 1978, "Carbon Adsorption Handbook",Ann Arbor Science Publisher, Inc.,
Michigan.
Corinne, C.D., and Christopher J.L, 1996, "Lignit: A Novel Material For Low-Cost Removal And Disposal
Of Heavy Metals And Radionuclides From Waste Water", Energei4 Vol. 7, No.2.
Diah suci, 2004 "Jumal Penelitian.: Adsorbsi lon Logan Dari Limbah Electroplating dengan Menggunakan
Abu Bagase".
Donalt.,W., Sondstrom And Herbert E. Klei, l979,"Waste Water Treatment".2 nd ed., p.356 -360,
PrenticeHall Inc, Englewood CliffNJ.
F4- 8
MAKALAH SEMINAR NASIONAL TEKNIK KIMIA SOEBARDJO BROTOHARDJONO
ISSN 1978 - 0427
“ Ketahanan Pangan dan Energi “
Surabaya, 24 Juni 2010
Hariadi, Agus., 2004 "Adasorbsi Ion Logam Dari Limbah Elekhoplating Dengan Menggunakan Abu Bagase",
UPN "Veteran" Jawa Timur.
Kirk, R. E., Othmer, D.F., lg52, "Encyclopedia Of Chemical Tecnology" 5s ed.,The lnternational Science
Encyclopedia Inc., New York., Vol 5.
Sukandamrmidi, 1998, "Batubara dan Gambut"' Hal 17-82, Gadjah Mada University Press, Yogiakarta.
Treyball, l980,"Mass Tranfer Operation" 3ed" McGrawHill, New York.
Yunita Purnamasari, 2000,"Pembuatan Briket dari Batubara Kualitas Rendah Dengan Proses Non Karbonisasi
Dengan Menambahkan MgN dan MgCl2" UPN"Veteran" Jawa Timur.
www.beritaiptekekonline.com/mengenalbatubara
F4- 9